Path planning and topology optimization for biomimetic three-dimensional bioprinting
3 boyutlu biyo-basım için basım yolu hesaplanması ve topoloji optimizasyonu
- Tez No: 392289
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Doku mühendisliği hastalıklı veya zarar görmüş doku veya organların fonksiyonlarını yeniden sağlamak veya geliştirmek için çalışan, son derece umut verici bir multi-disipliner alandır. Şimdiye kadarki doku mühendisliği çalışmaları, genellikle gözenekli doku iskelelerin geliştirilmesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Ancak, doku iskelelerinde kullanılan biyo-malzemelere karşı vücudun vereceği immünojenik reaksiyonlar ve iskelelere hücre ekiminin zorlukları, doğrudan canlı hücrelerin basımı (biyo-basım) yönteminin gerekliliğini ortaya koymuştur. Katmanlı-üretim ve biyo-basım alanlarındaki yenilikçi çalışmalar, canlı hücrelerin diğer biyo-malzemelerle veya tek olarak katman-katman basılarak üç boyutlu doku yapılarının oluşturulabilmesine olanak sağlamaktadır. Bu araştırmanın amacı, üç boyutlu doku yapılarını biyo-basım yöntemi ile dokunun veya organın anatomik yapısına uygun olarak üretmek için yeni biyo-modelleme ve basım-yolları yöntemleri geliştirmektir. Basılması hedeflenen dokunun anatomik yapısına uygun üretmek için, ilk olarak medikal görüntüleri ağ modeline çevrilerek bilgisayar ortamına aktarılır. Geliştirilen yeni biyo-modelleme metotlarıyla elde edilen bu ağ modeli, basım yolu hesaplamaları ve optimizasyonun yapıla bilinmesi için parametrik yüzey modeline dönüştürülür. Bu modeller kullanılarak, optimum basım yollarının hesaplanması için metotları geliştirilmiştir. Canlı hücreler mekanik açıdan zayıf olduklarından onları basılacak katmanlar boyunca destekleyip bir arada durmalarını sağlayacak destek yapıları geliştirilmiştir. Böylelikle canlı hücreler basıldıkları formu koruyacak ve füzyonları kolaylaşacaktır. Geliştirilen biyo-modelleme ve basım yolu hesaplama algoritmaları ile biyo-yazıcı kontrol edilerek farklı doku yapıları katman-katman canlı hücreler kullanılarak basılmıştır. Elde edilen sonuçlar ile canlı hücreler ve destek yapıları ile basılan doku yapıları, biyo-modellenen dokunun anatomik yapısına birebir benzerlikte üretilebileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Tissue engineering is a highly promising multi-disciplinary field for development of biological substitutes to replace or enhance the functions of damaged tissue or organs. Traditionally, highly porous scaffolds have been used for most of the tissue engineering applications. However, the challenges in seeding the cells into a scaffold and possible immunogenic reactions of scaffold materials have led to a new method of bioprinting with live cells. With the recent advancement in bio-additive manufacturing, cells with or without biological active molecules and biomaterials can be bioprinted layer-by-layer to form three-dimensional (3D) tissue constructs. In this research work, novel biomodeling and path planning methods for bioprinting are proposed so three-dimensional tissue structures could be biomimetically printed with live cells directly from medical images. First, the medical images of the targeted tissue are imaged and segmented to convert computer tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI) images to a mesh model. For path planning and optimization, the generated mesh models need to be converted to computer-aided (CAD) models. The captured mesh models are converted into smooth parametric surfaces by developed novel biomodeling algorithms. Then, several bioprinting strategies are proposed to bioprint live multi-cellular aggregates using the created computer models. Because mechanically weak cellular aggregates need to be supported perfectly at each layer, several support structure generation algorithms are proposed. The proposed methods are used to make bioprinted cellular aggregates conserve their planned 3D form, while providing sufficient conditions for cell fusion. The proposed algorithms are implemented and several example tissue structures are bioprinted by directly controlling a bioprinter with the generated commands. The results show that multicellular aggregates and their support structures can be bioprinted biomimetically in the form of the biomodeled tissues.
Benzer Tezler
- Development of a mobile robot performing transport implementations in a manufacturing plant
Bir üretim tesisinde taşıma uygulamalarını yerine getiren bir mobil robotun geliştirilmesi
NESLİHAN DEMİR
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAydın Adnan Menderes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR DEMİRCİOĞLU
PROF. DR. İSMAİL BÖĞREKCİ
- Dinamik ortamlar için yeni bir gerçek zamanlı evrimsel seyrüsefer planlama ve güdümleme sistemi
A new real time evolutionary navigation planning and guidance system for dynamic environments
FERHAT UÇAN
Doktora
Türkçe
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ TURGAY ALTILAR
- (Wide area network) Wan system design for Dokuz Eylül University Campus
Dokuz Eylül Üniversite yerleşkesi için geniş alan ağı (GAA) sistem tasarısı
YILMAZ SELİM AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. YEŞİM YÜKSEL
- Energy aware endurance framework for mission critical aerial networks
Güdümlü havasal ağlar için enerji farkında endürans modeli
YUSUF ÖZÇEVİK
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BERK CANBERK
- An Analysis of optimal routing in a computer network
Bir bilgisayar ağında en iyi yönlendirme çözümlemesi
NİMET SACİT ULUIRMAL
Yüksek Lisans
İngilizce
1992
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. AHMET MÜRŞİT ESKİCİOĞLU